(57)【要約】【課題】  高熱対象物の形状や高熱対象物までの距離を精度よく測定することができる高熱対象物形状測定装置および高熱対象物距離測定装置を目的とする。【解決手段】  熱放射する高熱対象物に波長４０５ｎｍ以下のスリットレーザ光を照射するレーザ装置１を設けるとともに、該スリットレーザ光が照射される高熱対象物を撮影するＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３の前に照射波長の±１５ｎｍの波長帯域を通過させるバンドパスフィルタ４を設け、該バンドパスフィルタ４を介して前記ＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３により得られた画像データに基づいて高熱対象物の表面形状を演算算出する演算処理装置１０とからなる高熱対象物形状測定装置とレーザ装置１と反射光を受光する受光センサ１１とバンドパスフィルタ４と演算処理装置１０とからなる高熱対象物距離測定装置。【選択図】          図１
2005300210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱放射する高熱対象物に波長４０５ｎｍ以下のスリットレーザ光を照射するレーザ装置を設けるとともに、該スリットレーザ光が照射される高熱対象物を撮影するＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置の前に照射波長の±１５ｎｍの波長帯域を通過させるバンドパスフィルタを設け、該バンドパスフィルタを介して前記ＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置により得られた画像データに基づいて高熱対象物の表面形状を演算算出する演算処理装置を設けたことを特徴とする高熱対象物形状測定装置。
【請求項２】
高熱対象物の熱放射による空気のゆらぎで発生する測定精度の低下を防止するゆらぎ除去手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の高熱対象物形状測定装置。
【請求項３】
ゆらぎ除去手段が高熱対象物により生じる熱気流を吸引する吸引装置であることを特徴とする請求項２に記載の高熱対象物形状測定装置。
【請求項４】
ゆらぎ除去手段がＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置により得られた画像データを演算処理装置により画像処理して画像データからゆらぎの影響を除去するものであることを特徴とする請求項２に記載の高熱対象物形状測定装置。
【請求項５】
熱放射する高熱対象物に波長４０５ｎｍ以下のレーザ光を照射するレーザ装置を設けるとともに、高熱対象物より反射される反射光を受光する受光センサの前に照射波長の±１５ｎｍの波長帯域を通過させるバンドパスフィルタを設け、該バンドパスフィルタを介して前記受光センサにより検出された反射光に基づいて高熱対象物までの距離を算出する演算処理装置を設けたことを特徴とする高熱対象物距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高熱の加工品や未加工品まで位置決めのための距離測定や加工品の３次元形状を測定する高熱対象物形状測定装置および高熱対象物距離測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物の形状や対象物までの距離を測定する場合は一般的に赤外線レーザが用いられていた。しかし対象物が赤熱した高熱対象物の場合、高熱対象物自体が熱放射により赤外線を発するため赤外線レーザでは有効な比視感度が得られず形状や距離の測定を行うことはできなかった。そこで熱放射による赤外線と波長差のあるグリーンレーザを用いて形状や距離を測定するものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかし波長差のあるグリーンレーザを用いても、高熱対象物の熱放射による赤外線波長とグリ−ンレーザの波長とが混ざり合い反射光の波長帯域が広がって充分な比視感度が得られないという問題があった。また対象物の温度がより高熱になると赤色から白色となりグリーンレーザでも充分な比視感度が得られなくなるという問題があった。また高熱対象物は空気を大きくゆらがせて屈折率を変えるので測定精度が低下するという問題もあった。
【特許文献１】特開２００１−９９６１５公開公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高熱対象物の形状や高熱対象物までの距離を精度よく測定することができる高熱対象物形状測定装置および高熱対象物距離測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、熱放射する高熱対象物に波長４０５ｎｍ以下のスリットレーザ光を照射するレーザ装置を設けるとともに、該スリットレーザ光が照射される高熱対象物を撮影するＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置の前に照射波長の±１５ｎｍの波長帯域を通過させるバンドパスフィルタを設け、該バンドパスフィルタを介して前記ＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置により得られた画像データに基づいて高熱対象物の表面形状を演算算出する演算処理装置を設けた高熱対象物形状測定装置を請求項１の発明とし、請求項１の発明において、高熱対象物の熱放射による空気のゆらぎで発生する測定精度の低下を防止するゆらぎ除去手段を設けた高熱対象物形状測定装置を請求項２の発明とし、請求項２の発明において、ゆらぎ除去手段が高熱対象物により生じる熱気流を吸引する吸引装置である高熱対象物形状測定装置を請求項３の発明とし、ゆらぎ除去手段がＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置により得られた画像データを演算処理装置により画像処理して画像データからゆらぎの影響を除去するものである高熱対象物形状測定装置を請求項４の発明とし、熱放射する高熱対象物に波長４０５ｎｍ以下のレーザ光を照射するレーザ装置を設けるとともに、高熱対象物より反射される反射光を受光する受光センサの前に照射波長の±１５ｎｍの波長帯域を通過させるバンドパスフィルタを設け、該バンドパスフィルタを介して前記受光センサにより検出された反射光に基づいて高熱対象物までの距離を算出する演算処理装置を設けた高熱対象物距離測定装置を請求項５の発明とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
前記した本発明は、熱放射する高熱対象物に波長４０５ｎｍ以下のスリットレーザ光を照射するレーザ装置を設けるとともに、該スリットレーザ光が照射される高熱対象物を撮影するＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置の前に照射波長の±１５ｎｍの波長帯域を通過させるバンドパスフィルタを設け、該バンドパスフィルタを介して前記ＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置により得られた画像データに基づいて高熱対象物の表面形状を演算算出する演算処理装置を設けたものとすることにより、熱放射による赤外線波長との波長差が大きくなり比視感度がよいうえバンドパスフィルタにより照射されたスリットレーザ光よりやや広い±１５ｎｍの波長帯域の反射光が取り込まれるので光量が増し画像データとして確実に記録されるので、３次元形状を的確に測定することができる。
また請求項２によれば、高熱対象物の熱放射による空気のゆらぎで発生する測定精度の低下を防止するゆらぎ除去手段を設けたので、屈折率の変動により反射光がゆらぐことがないので測定精度の低下を抑えることができる。
さらに、請求項３によれば、ゆらぎ除去手段が高熱対象物により生じる熱気流を吸引する吸引装置であるので、極めて簡単で安価な構造で測定精度の低下を抑えることができる。
また請求項４によれば、ゆらぎ除去手段がＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置により得られた画像データを演算処理装置により画像処理して画像データからゆらぎの影響を除去するものとしたから、吸引装置のように別の装置を付帯させる必要がないので装置を小型なものとすることができる。
また請求項５によれば、熱放射する高熱対象物に波長４０５ｎｍ以下のレーザ光を照射するレーザ装置を設けるとともに、高熱対象物より反射される反射光を受光する受光センサの前に照射波長の±１５ｎｍの波長帯域を通過させるバンドパスフィルタを設け、該バンドパスフィルタを介して前記受光センサにより検出された反射光に基づいて高熱対象物までの距離を算出する演算処理装置を設けたものとすることにより、熱放射による赤外線波長との波長差が大きくなり比視感度がよいうえバンドパスフィルタにより照射されたレーザ光よりやや広い±１５ｎｍの波長帯域の反射光が取り込まれるので光量が増し受光センサにより確実に受光でき、対象物までの距離を的確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の形状測定装置の概略を示す図である。
図中１は波長４０５ｎｍ以下のレーザ光を発生するレーザ装置であり、該レーザ装置１からのレーザ光はシリンドリカルレンズ２によりスリットレーザ光に変換されて高熱対象物をスキャニングするものである。スキャニングする代わりに高熱対象物を移動させるものとしてもよいことは勿論である。
【０００８】
３は高熱対象物撮影用のＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置であり、該ＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３は高熱対象物に照射されるスリットレーザ光を撮影するものである。図面上ＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３は斜め上方に配置しているが、これはレーザ装置１が垂直線上に配置されているためでＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３を垂直線上に配置してもよいことは勿論である。
【０００９】
４はＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３の前に配置されるバンドパスフィルタであり、該バンドパスフィルタ４は照射波長の±１５ｎｍの波長帯域を透過させるものである。例えば、照射波長を４０５ｎｍとした場合は、４０５ｎｍ±１５の波長帯域を透過させることとなる。このように照射波長より広い波長帯域を透過させるのでは、熱放射の波長とレーザ光の波長との混じり合った波長も入射されるようにして撮影に充分な反射光光量が得られるようにするためである。これはレーザ装置１の出力を高くすれば、バンドパスフィルタ４で透過させる波長帯域を広げなくとも充分な光量が得られるが、レーザ装置１の価格が高くなるので測定精度等に応じて適宜設計変更すればよい。
【００１０】
５ａはゆらぎ除去手段５としての吸引装置であり、該吸引装置５ａは上方を開口させた箱体６の略中間部に形成した高熱対象物載置用の載置台７に多数の通気孔７ａを形成するとともに、箱体６の下方部両側に図示しないファンに接続される吸引孔８を形成したもので、吸引孔８から空気を吸引することによりレーザ装置１のレーザ照射光路やＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３の光軸上からゆらぎのある空気を吸引するものである。またこの吸引により金属加工工程で発生する金属紛等の浮遊物も除去できるので測定精度はより向上することとなる。
【００１１】
１０は演算処理装置であり、該演算処理装置１０はＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３で撮影された画像データを演算処理して高熱対象物の３次元形状を演算算出するものである。
【００１２】
このように構成されたものは、高熱対象物の３次元形状を測定する際、図１に示されるように高熱対象物をゆらぎ除去手段としての吸引装置５ａの載置台７上に載置すれば、吸引孔８より吸引される空気流により、高熱対象物の熱放射によりその上方に生じるゆらぎのある空気や金属紛等の浮遊物を高熱対象物の側方に流すことにより、高熱対象物の上方にはゆらぎや金属紛等の浮遊物のないきれいな空気流が流れ込むこととなる。これによりレーザ装置１のレーザ照射光路やＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３の光軸上はゆらぎや汚れのないクリアな状態となる。
【００１３】
そしてレーザ装置１のレーザ光照射光路やＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３の光軸から空気のゆらぎや浮遊物のない状態でスリットレーザ光を照射してＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３により高熱対象物の撮影を行えば、反射光はゆらぎによる屈折や浮遊物による乱反射の影響のないものとなりクリアな撮影画像が得られることとなる。またＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３による撮影の際、ＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３に入射される波長はバンドパスフィルタ４により照射波長より±１５ｎｍ広い波長帯域を透過させるようになっているので、レーザ装置１により高熱対象物に照射されたスリットレーザ光の波長領域よりやや広い波長帯域の反射光が透過されてＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３に入射されるので光量が増し、高熱対象物の形状がクリアに撮影されることとなる。
【００１４】
このようにして撮影された反射光画像は光量も充分で極めてクリアなため演算処理装置１０により高精度な画像処理が行うことができ、高精度で３次元形状が演算算出されることとなる。
【００１５】
なお、前記ではゆらぎ除去手段５を空気のゆらぎとなる熱気流を吸引装置５ａにより吸引しているが、ＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置３により得られた画像データを演算処理装置１０により画像処理して画像データから空気のゆらぎの影響を除去するものとしてもよいことは勿論である。画像処理に空気のゆらぎを除去する方法としては、例えば、スペックル干渉法を用いるものとする。
【００１６】
図２は、本発明の距離測定装置の概略を示す図である。
図中１は波長４０５ｎｍ以下のレーザ光を発生するレーザ装置であり、該レーザ装置１から照射されるレーザ光は高熱対象物に照射される。
【００１７】
１１は受光センサであり、該受光センサ１１は高熱対象物に照射された反射光を受光するものである。
【００１８】
４は受光センサ１１の前に配置されるバンドパスフィルタであり、該バンドパスフィルタ４は照射波長の±１５ｎｍの波長帯域を透過させるものである。透過させる波長帯域を照射波長より広くするのは、熱放射の波長とレーザ光の波長との混じり合った波長も入射されるようにして充分な反射光光量が得られるようにするためである。これはレーザ装置１の出力を高くすれば、バンドパスフィルタ４で透過させる波長帯域の幅を広げなくとも充分な反射光光量が得られるが、レーザ装置１の価格が高くなるので測定精度等に応じて適宜設計変更すればよい。
【００１９】
５ａはゆらぎ除去手段５としての吸引装置であり、該吸引装置５ａは上方を開口させた箱体６の略中間部に形成した高熱対象物載置用の載置台７に多数の通気孔７ａを形成するとともに、箱体６の下方部両側に図示しないファンに接続される吸引孔８を形成したもので、吸引孔８から空気を吸引することによりレーザ装置１のレーザ照射光路や受光センサ１１の光軸上からゆらぎのある空気を吸引するものである。またこの吸引により金属加工工程で発生する金属紛等の浮遊物も除去できるので測定精度はより向上することとなる。
【００２０】
１０は演算処理装置であり、該演算処理装置１０は受光センサ１１に検出された反射光に基づいて高熱対象物までの距離を演算算出するものである。
【００２１】
このように構成されたものは、高熱対象物までの距離を測定する際、図２に示されるように高熱対象物をゆらぎ除去手段５としての吸引装置５ａの載置台７上に載置すれば、吸引孔８より吸引される空気流により、高熱対象物の熱放射によりその上方に生じるゆらぎのある空気や金属紛の浮遊物を含んだ空気を高熱対象物の側方に流すことにより、高熱対象物の上方にはゆらぎや浮遊物のない空気流が流れ込むこととなる。これによりレーザ装置１のレーザ照射光路や受光センサ１１の光軸上は空気のゆらぎや金属紛のないクリアな状態となる。
【００２２】
そしてレーザ装置１のレーザ照射光路や受光センサ１１の光軸から空気のゆらぎ汚れを除去した状態でレーザ光を照射して反射光を受光センサ１１により検出すれば、反射光はゆらぎによる屈折や浮遊物による乱反射の影響を受けることなく受光センサ１１に入射されるので精度の高い検出データが得られることとなる。また受光センサ１１に入射される波長はバンドパスフィルタ４により照射波長より±１５ｎｍ広い波長帯域を透過させているので、反射光光量は充分で受光センサ１１に確実に受光され、測定エラーを生じることがない。
【００２３】
このため演算処理装置１０による距離演算の際、高精度で距離を確実に算出することができることとなる。
【００２４】
なお、前記距離測定装置ではゆらぎ除去手段５を熱気流を吸引する吸引装置５ａとしているが空気のゆらぎを演算処理装置１０により補正するものとしてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の好ましい実施の形態としての高熱対象物形状測定装置を示す概略図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態としての高熱対象物距離測定装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  レーザ装置
３  ＣＣＤ／ＣＭＯＳ撮像装置
４  バンドパスフィルタ
５  ゆらぎ除去手段
5a  吸引装置
10  演算処理装置
11  受光センサ
【図１】
2005300210.tif 000003
【図２】
2005300210.tif 000004